F/A-22 飞行试验概况及特点飞行试验概况及特点1、飞行试验概况 飞行试验技术是航空新装备投入实际应用前必不可少的演示验证环节，是检验飞机是否达到所有设计、使用目标的主要手段，它的发展水平对航空科研及航空工业全局有着举足轻重的作用。美国第四代战斗机F/A-22 自 1997 年试验机首飞起，近几年开展了广泛的研制试验与评价（DT&E）飞行试验，验证了飞机的优良性能。 参加 F/A-22 DT&E 的 9 架试验机分工如表 1 所示。1997 年 9 月 4001 号机首飞成功后空军对 F/A-22 试飞计划进行了多次的调整，2000 年后的计划为：飞行器性能（flight science）试验 1787 小时、航电试验1530 小时。 表 1 F/A-22 研制试验飞机（DTA）飞行试验安排 试验机 试飞内容 计划首飞时间 实际首飞时间 首飞延迟（月） 交付试飞日期 4001 飞行品质、颤振、载荷 1997.5.29 1997.9.7 3 1998.2.6 4002 大迎角、武器分离、推进系统、性能 1998.7.9 1998.6.29 0 1998.8.26 4003 飞行品质、颤振、载荷、M61A2 机炮 1999.6.16 2000.3.6 9 2000.3.15 4004 综合航电、CNI、可探测性 1999.8.17 2000.11.15 15 2001.1.30 4005 综合航电、雷达、CNI、武器 2000.1.11 2001.1.5 12 2001.3 4006 综合航电、可探测性 2000.5.18 2001.2.5 9 2001.5 4007 综合航电、飞行器性能、可探测性 2000.9.25 2001.10.15 13 2002.1.5 4008 综合航电、可探测性 2001.2.2 2002.2.8 12 2002.5 4009 综合航电、可探测性、后勤保障 2001.6.1 2002.3.21 10 2002.4.5 （1）飞行器性能试验 F/A-22 的飞行器性能试验内容包括飞行品质、结构、通用系统、推进系统及气动与性能等。1998 年 F/A-22 飞行试验启动即开始了飞行器性能的试验，4001 号和 4002 号机进行了飞行包线扩展、推进系统特性、飞行性能、空中加油飞行等。1999 年 4001 号机进行高速包线扩展试飞，并在 7 月实现了超音速巡航。4002 飞机则进行低速度区域包线飞行，8 月开始大迎角试验，完成了采用矢量推力的 60迎角过失速机动。另外试验机还进行了颤振、推进系统特性、武器舱门开启（M1.2）的声学振动试验。 2000 年 3 月 4003 号机加入了飞行器性能试飞，该机是第一架第 2 版结构设计的飞机，可承受 100%的载荷，4001 和 4002 号机为第 1 版结构，存在某些结构载荷限制。4003 机用于高速、高高度、高机动性的飞行品质试飞，并装备了许多测试装置进行颤振和载荷试验。4001 号机则于 2000 年 11 月退出飞行器性能试飞。2001 年至 2003 年，4002 和 4003 仍继续飞行包线和飞行品质等的试飞，最大飞行马赫数达到M2，过载达到 9g，到 2003 年 3 月两机各完成 900 和 800 多飞行小时。 （2）航电系统试验 F/A-22 航电系统试飞的内容有雷达，通信、导航和识别系统（CNI），电子战（EW）系统，通用集成处理器和座舱控制和显示等，其中约 2/3 集中在多传感器集成。 F/A-22 航电系统的功能主要通过其 170 万代码行的航电软件实现，因此航电软件试飞是 F/A-22 航电系统试验的重中之重。随着试验的开展，航电软件不断进行版本升级，逐渐具备完整的功能。F/A-22 的航电系统软件试飞分 4 个步骤：航电系统软件各组成部分开发出来后，先在各软件开发试验室内测试；然后整个任务软件包安装到航电综合试验室（AIL），在这里与真实的传感器硬件与软件连接，测试其使用情况；之后软件包再装载到 F/A-22 航电飞行试验台（FTB）试飞；最后航电软件在 F/A-22 试验机上完成所有的试验。F/A-22 的 AIL 建在波音公司西雅图的综合技术开发实验大楼，到 2002 年 10 月共完成了 21000 多小时的航电软件试验。2002 年 10 月在洛马玛丽埃塔工厂又建成了一个“猛禽“航电综合试验室（RAIL），用于航电系统软件的测试。F/A-22 FTB 是一架经过改装的波音 757，到 2002 年 10 月完成了 1000 多飞行小时的航电软件试飞。AIL 和 FTB 在 F/A-22 的航电软件版本发展过程中完成了大量的试验工作，积累了丰富的数据，帮助系统在装机试飞前发现并改正硬件和软件问题，节省了成本和试飞时间。它们在航电软件测试中发挥了重要作用。 （3）低可探测性（LO）试验 F/A-22 的 LO 试验主要内容是 RCS 试验和红外信号试验。RCS 试验采用了模型试验与飞行试验相结合的形式。1991 年秋起洛克希德马丁海伦代尔试验测量场就开始了 RCS 的测试工作。试验首先对全尺寸的进气道模型、发动机排气道模型、雷达/天线罩模型、机翼模型和飞机其他部件的模型进行了总计 4000 余小时的测试。1998 年洛马公司开展了对一架 F/A-22 全尺寸模型 RCS 测试试验，到 1999 年 9 结束时共完成 300 多小时的试验。2001 年 1 月 31 日 4004 号机开始 RCS 的飞行试验，试验持续到 2002 年，计划完成 143 飞行小时。F/A-22 的 IR 信号试飞工作于 1999 年第 3 季度开始，2001 年初结束，由 4002 号机承担，试飞表明 F/A-22 在超音速飞行时 IR 信号很低。 （4）其他试验 F/A-22 项目与飞行试验同时还进行了其他试验，这些试验都是 DT&E 阶段试验的重要组成部分，也是飞行试验的有力补充。 后勤试验和评价 F/A-22 后勤试验和评价（LT&E）的目的是确定 F/A-22 的可靠性、维修性、可用度、人为因素和寿命周期保障费用，以便在采办过程的早期发现并修正后勤相关的问题。LT&E 的内容包括综合后勤保障（ILS）的10 个要素，即：技术文件，打包、搬运、储藏和运输，维修规划，供应保障，人力和保障，保障设备，设计接口，设施，训练和训练保障，计算机资源保障。F/A-22 项目的 LT&E 在空军爱德华兹基地进行，计划在 DT&E 阶段完成 8000 个后勤试验点，最终目标是系统使用成熟（10 万飞行小时，约在 2008 年）时平均维修间隔时间达到 3 飞行小时。 地面结构试验 有两架 F/A-22 试验机用于地面结构试验，其中 3999 号机用于静力试验，4000 号机进行疲劳试验。3999机于 1998 年 12 月开始静力载荷试验，试验分两部分，第一阶段为极限载荷（limit load）试验，第二阶段载荷达到极限载荷的 1.5 倍。所有静力试验目标在 2000 年 12 月完成。4000 号机的试验目标是验证F/A-22 的 20 年或 8000 飞行小时寿命期的疲劳寿命，将进行 2 个寿命期即相当于 16000 飞行小时的疲劳试验，1 个寿命期试验历时约 8 个月，然后再进行 2 个寿命期的疲劳和损伤容限试验，整个疲劳试验计划为 2 年半时间。疲劳试验开始于 2000 年 12 月，2002 年 5 月完成首个寿命期疲劳试验，到 2003 年 4 月完成第二个寿命周期试验的 38%。 环境试验 2002 年 6 月至 9 月，F/A-22 4004 试验机在埃格林空军基地的 McKinley 气候实验室进行了 3 个月的环境试验。飞机被安装到 252 英尺（77 米）宽、201 英尺（61 米）长、70 英尺（21 米）高的主试验舱，先后进行了低温、降雪和热环境试验，以及下雨试验。每一次环境实验都像一次飞行，飞行员在座舱内在每种天气情况下启动发动机和操纵各种系统。维修、载荷和辅助系统试验也同时进行，以验证飞机不同天气情况下的维修特点。 实弹发射试验 F/A-22 试验项目计划进行 21 次的实弹发射试验（live fire test）。到 2001 年，完成了 14 次飞机部件的实弹发射试验。2000 年 11 月 4001 号机撤出飞行试验，到达怀特-帕特森空军基地，参加实弹发射试验。飞机被安装上试验台，2001 年 8 月完成了翼根处的实弹射击试验，随后还计划完成机翼前缘处实弹射击试验。 武器集成试验 DT&E 阶段 F/A-22 项目计划完成 48 次武器分离试验，以验证 F/A-22 的武器系统性能。2000 年起，F/A-22 试验机开始导弹发射试验，先后进行了亚音速情况下 AIM-9M、AIM-120C 发射试验，超音速发射 AIM-9、AIM-120C 试验，超音速发射雷达制导 AIM-9M 导弹击中火箭靶标试验、超音速发射带制导的 AIM-9导弹击中 QF-4 无人靶机试验，以及大 g 值发射 AIM-9 导弹和连续发射 3 枚导弹、同时发射 4 枚 AIM-120攻击 4 个目标等的试验。 F/A-22 飞行试验特点 （1）航电系统试飞为重点 现代战斗机飞行试验的重点从飞机的飞行性能、结构转移到了航空电子综合实验，这在 F/A-22 的飞行试验中得到了充分的体现。9 架试验机其中有 6 架用于航电综合及隐身特性、武器系统综合的试验。由于航电软件的复杂性，软件试飞的架次也相当多。在航电软件开发、验证阶段，FTB 承担了大量的软件版本试飞工作，为在 F/A-22 试验机上顺利开展航电软件试飞打下了很好的基础。 （2）地面试验和飞行试验的有机结合 随着航空电子技术的发展，飞机飞行试验的费用增加，而全球范围各国的国防预算在大幅削减，飞行试验领域正在逐步从以前主要依赖飞行试验获得数据向主要由高精度的计算机数学模型以及高逼真度的模拟试验提供数据过渡，飞行试验则选定一些关键试验点来验证数学模型及模拟试验结果，以大大提高试飞效率和降低新机试飞成本。战斗机全机地面试验以及模拟试验的工作量大大增加。F/A-22EMD 阶段开展了广泛的地面试验，截至 2000 年 6 月的统计数字，F/A-22 项目完成 4.5 万多小时的风洞试验，1.2 万多小时的飞行控制仿真，6 万多小时的通用系统和子系统的试验室试验。另外在飞行试验开展过程中，地面试验为飞行试验的进行提供了支持。如地面结构试验、发动机性能试验、后勤保障试验、武器地面分离试验等都对相应内容飞行试验的顺利进行创造了条件。 （3）后勤试验日趋重要 后勤保障试验是 F/A-22 EMD 试验的重要组成部分，伴随试验机的飞行试验同时进行。F/A-22 项目这种从飞机装备部队前即开始后勤试验的做法，改变了过去视该试验为补充试验的模式，可在飞机部署到部队之前发现一些设计问题并予以纠正，在飞机进入全速生产前改正设计，节约大量经费。并且现代战斗机性能更加先进，系统也越来越复杂，飞机隐身性能对其低可探测性维护工作提出了要求。尽早开展后勤试验，也有助于掌握飞机专门维护技术，使飞机的设计性能充分发挥。 然而，F/A-22 的 DT&E 飞行试验计划在实施过程中出现了严重的延迟，除了试验机制造拖延造成的影响外，突出的问题是 F/A-22 航电软件的稳定性问题。由于该机的航电软件异常复杂，虽然采用 AIL、FTB 等进行了不少排故工作，但在真实飞机上试飞还是遇到了许多问题。并且软件可靠性的检查、确认是非常困难的工作，从而引起 F/A-22 的试验进度一拖再拖。(吴蔚)